开发自谐振智能能量采集器

能量收集器结构和自适应夹紧系统原理图

物联网 （IoT） 是一种基于无线传感器节点的网络，可提供资源和信息。为了长期使用物联网设备，必须更换电池，或者需要许多接线复杂的电源线连接。为安装在地理上无法进入地区的众多传感器更换电池或连接长电源线既耗时又危险且成本高昂。

能量收集技术从汽车、建筑物和家用电器等日常环境中收集振动、热、光和电磁波等浪费的能量，并将其转换为电能。能量收集器可以在没有外部电源的情况下收集环境能源，从而产生足够的电力来运行小型电子设备。

韩国科学技术研究院（KIST）宣布，电子材料研究中心Hyun-Cheol Song博士的研究团队开发了一种自主共振调谐（ART）压电能量收集器，可根据周围环境自主调节其共振。该能量采集器可以在超过30Hz 的宽带宽上调整自身的共振，并将吸收的振动能量转换为电能。

显示ART能量收集器特性的图表

将振动转换为电能的能量收集过程不可避免地会造成机械能损失，从而导致能量转换效率低下。这个问题可以通过利用共振现象来解决，其中当物体的固有频率与振动的频率匹配时，振动会放大。

然而，虽然能量收集器的固有频率是固定的，但我们在日常环境中经历的各种振动具有不同的频率范围。因此，收割机的固有频率每次都必须根据使用环境进行调整，以引起共振，使其难以投入实际使用。

因此，KIST研究团队开发了一种专门设计的能量收集器，可以在没有单独的电气设备的情况下将自身调谐到周围的频率。当能量采集器感应到周围环境的振动时，连接到采集机的自适应夹紧系统（调谐系统）将其频率调制到与外部振动相同的频率，从而实现共振。因此，可以在两秒内快速实现谐振频率调谐，在超过30Hz的宽带宽内连续发电。

利用汽车发动机的振动能量成功驱动定位装置的ART能量采集器的实际应用潜力图

为了对ART功能进行实际验证，该能量收集器配备了调谐系统，安装在车辆上。与之前研究中引入的压电能量收集器不同，它在振动频率不断变化的环境中成功驱动了没有电池的无线定位设备。

领导这项研究的宋博士说：“这一结果表明，使用振动的能量收集器可以很快应用于我们的现实生活。预计未来它将作为无线传感器（包括物联网）的独立电源应用。